CN114486212B

CN114486212B - 一种航天器基板静力试验装置及方法

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Publication number: CN114486212B
Application number: CN202111657183.0A
Authority: CN
Inventors: 臧博; 刘禹含; 周国栋; 张宝康; 刘炳立; 刘丽英
Original assignee: Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Current assignee: Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2022-11-01
Anticipated expiration: 2041-12-31
Also published as: WO2023123733A1; CN114486212A

Abstract

本发明提供了一种航天器基板静力试验装置及方法，涉及航天器力学试验技术领域。该试验装置包括承力地轨、连接工装、加载工装、加载机构和加载支撑，试验试件放置在承力地轨上，连接工装连接在试验试件上，加载工装和连接工装相连接，加载工装包括加载垫片、加载板、加载块、横向杠杆和纵向杠杆，加载板上设置加载块，横向杠杆、纵向杠杆分别连接加载块，承力地轨上设置加载支撑；加载机构安装在加载支撑和承力地轨上，并与横向杠杆、纵向杠杆相连；加载机构的转接板、加载铰链、加载作动器、测力传感器、加载螺杆依次连接。利用该装置可以实现航天器安装基板的多量级压、拉、剪载荷的施加，加载过程中保证了试验试件安装孔受力均匀，安全性高。

Description

一种航天器基板静力试验装置及方法

技术领域

本发明涉及航天器力学试验技术领域，尤其是一种航天器基板静力试验装置及方法。

背景技术

空间遥感平台、着陆器等大型航天器外部多为方形舱段，为满足产品轻量化设计要求，方形舱段外部结构可以选用复合材料基板，以达到承载能力不变、减轻产品自身重量的目的。通常基板上分布有多个埋件安装孔，用于安装多组信号发射接收装置，为保证航天器基板在发射、使用过程中的结构强度的可靠性，需对基板进行结构强度试验，考核其在一定轴、剪载荷下的结构承载能力。但同样载荷条件下，不同的加载装置，会导致局部安装孔受力不均匀，造成基板局部表面划伤或安装孔位置处发生变形的情况。

现有技术中没有能够对航天器基板施加精准轴、剪载荷的试验装置，考核其结构强度，从而能够保证航天器基板在使用过程中结构的可靠性和稳定性。

发明内容

为了能够精准施加轴、剪载荷考核基板结构强度，保证航天器基板在使用过程中结构的可靠性和稳定性，本发明提供了一种航天器基板静力试验装置及方法，具体的技术方案如下。

一种航天器基板静力试验装置，包括承力地轨、连接工装、加载工装、加载机构和加载支撑，试验试件放置在承力地轨上，承力地轨和加载支撑上分别设置有加载机构，连接工装连接在试验试件上，加载工装和连接工装相连接；所述加载工装包括加载板、加载块、横向杠杆和纵向杠杆，加载板上设置加载块，横向杠杆、纵向杠杆分别连接加载块，加载板与连接工装配合；所述加载机构与横向杠杆、纵向杠杆分别相连，加载机构包括转接板、加载铰链、加载作动器、测力传感器和加载螺杆，所述转接板、加载铰链、加载作动器、测力传感器和加载螺杆依次连接。

优选的是，连接工装包括连接板、圆垫片、毛毡和固定螺栓，连接板上设置有多个连接孔，圆垫片压紧毛毡固定在连接板上，固定螺栓配合连接孔固定连接板与试验试件的基板接口。

优选的是，连接工装的连接板上连接孔位置与试验试件基板接口位置相对应，连接板与试验试件相贴合。

优选的是，试验试件的基板上贴合有偶数个连接板，连接板上还设置有与加载板配合的装配孔。

还优选的是，横向连杆和纵向连杆分别布置在加载块的两个侧面，加载板与连接板配合连接，加载板和连接板之间设置有加载垫片。

还优选的是，加载支撑为梯形板，加载支撑竖直布置在承力地轨上，试验试件与加载支撑相对布置。

进一步优选的是，至少2个加载机构分别安装在承力地轨和加载支撑上，安装于加载支撑上的加载机构通过加载块传递轴向加载力，安装于承力地轨上的加载机构通过加载块传递剪切加载力。

进一步优选的是，加载块向加载板传递加载力，加载板向连接板传递加载力，连接板将加载力均匀的传递至各个加载点。

一种航天器基板静力试验方法，利用上述的一种航天器基板静力试验装置，包括：安装加载支撑后放置试验试件，在试验试件上安装连接工装，设置加载工装并连接加载机构；调整加载机构的加载方向，加载机构的加载作动器工作，测力传感器监测加载力的大小；分别施加轴向压力、轴向拉力、剪切力。

进一步优选的是，试验试件为航天器的方形舱段，施加轴向载荷和剪切载荷，考核基板的结构强度。

本发明提供的一种航天器基板静力试验装置及方法的有益效果是，该试验装置通过连接工装、加载工装配合可以实现对航天器安装基板的多量级轴压、轴拉和剪切载荷的施加；连接工装在接触位置设置了毛毡既可以保证试验试件的均匀受力，又避免了产品收到损伤；通过横向杠杆和纵向杠杆配合可以实现联合加载，保证了加载的一致性、准确性，同时还提高了试验效率；加载机构通过加载铰链和加载螺杆可以调整加载方向，适应不同的加载条件，提高了试验的精度。

附图说明

图1是航天器基板静力试验装置的结构示意图；

图2是连接工装的结构示意图；

图3是加载板和加载块的结构示意图；

图4是加载板结构示意图；

图5是加载机构的结构示意图；

图6是加载机构加载示意图；

图中：1-承力地轨，2-连接工装，3-加载工装，4-加载机构，5-加载支撑，6-试验试件；

21-连接板，22-圆垫片，23-毛毡；

31-加载板，32-加载块，33-横向杠杆，34-纵向杠杆；35-连接螺栓，36-加载垫片；

41-转接板，42-加载铰链，43-加载作动器，44-测力传感器，45-加载螺杆。

具体实施方式

结合图1至图6所示，对本发明提供的一种航天器基板静力试验装置及方法的具体实施方式进行说明。

一种航天器基板静力试验装置，包括承力地轨1、连接工装2、加载工装3、加载机构4和加载支撑5，承力地轨为试验装置提供承载平台，连接工装2与试验试件6相连接保证均匀加载，加载工装3和加载机构4配合方便试验并提高了试验精度，保证了加载安全，加载支撑提供稳固的支撑并方便确定加载方向。

其中，试验试件6放置在承力地轨上，试验试件6包括空间遥感平台、着陆器等大型航天器结构，航天器的基板上设置多个埋件安装孔，基板通常采用复合材料。承力地轨1和加载支撑5上分别设置有加载机构，加载机构4与试验试件6的位置相互配合方便施加载荷，并且加载机构4的加载方向可以任意调节。连接工装2连接在试验试件6上，向各个连接处均匀施加载荷，加载工装3和连接工装相连接，传递来自加载机构的载荷。加载工装3包括加载板31、加载块32、横向杠杆33和纵向杠杆34，加载板上设置加载块32，加载块的尺寸小于加载板31，加载块32设置在加载板的中心处，保证均匀受力，横向杠杆33、纵向杠杆34分别连接加载块，横向杠杆33通过加载块施加剪切载荷，纵向杠杆34通过加载块施加轴向载荷，加载板与31连接工装配合传递载荷。加载机构4与横向杠杆33、纵向杠杆34分别相连，加载机构4包括转接板41、加载铰链42、加载作动器43、测力传感器44和加载螺杆45，转接板41、加载铰链42、加载作动器43、测力传感器44和加载螺杆45依次连接，加载作动器43施加载荷，测力传感器监测加载力的大小。

连接工装2包括连接板21、圆垫片22、毛毡23和固定螺栓24，其中连接板21上设置有多个连接孔，圆垫片22压紧毛毡固定在连接板上，设置毛毡能够保护试验试件的基板并且可以保证均匀受力，固定螺栓配合连接孔固定连接板21与试验试件6的基板接口，通过连接板向连接孔处的固定螺栓施加轴向和剪切方向的载荷，考核基板结构的强度。连接工装2的连接板上连接孔位置与试验试件基板接口位置相对应，连接板21与试验试件6相贴合，通常连接板21和试验试件的表面加载位置是平行的。另外根据试验试件的具体情况，当试验试件表面不规则时，还可以设置多个连接板21分别固定在试件表面的平面位置，分别或设置多组加载装置对基板结构的强度进行考核。

试验试件6的基板上一般贴合有偶数个连接板，连接板21上还设置有与加载板配合的装配孔；加载板上的加载块布置在同一水平方向上，加载机构4的通过横向杠杆或纵向杠杆向其传递载荷，加载机构4与横向杠杆33、纵向杠杆34的连接点布置在杠杆的中心位置可以保证同步施加相同的载荷。连接工装2的连接板有效的贴合了试验试件，能够对航天器基板施加精准轴、剪载荷，保证了基板各个接口位置受力均匀。

横向连杆33和纵向连杆34分别布置在加载块的两个侧面，其中横向杠杆33和纵向杠杆34平行布置，横向杠杆33连接两个加载块的上表面，纵向杠杆34连接两个加载块的侧表面，横向杠杆33施加剪切载荷作用在固定螺栓上，纵向杠杆34施加轴向载荷作用在固定螺栓上。加载板31与连接板21配合连接，加载板和31连接板21之间设置有加载垫片，加载垫片36可以保证载荷均匀传递，并且还可以保护加载板和连接板结构。

加载支撑5为梯形板，梯形板的加载支撑竖直固定布置在承力地轨上，试验试件6与加载支撑相对布置，加载支撑5上固定的加载机构连接纵向杠杆。至少2个加载机构分别安装在承力地轨和加载支撑上，安装于加载支撑5上的加载机构通过加载块传递轴向加载力，安装于承力地轨1上的加载机构通过加载块传递剪切加载力。根据试验试件6和连接工装2、加载工装3的设置以及试件的尺寸、形态等情况确定加载机构的设置。

加载机构4包括转接板41、加载铰链42、加载作动器43、测力传感器44和加载螺杆45，转接板41用于安装固定加载机构，分别与承力地轨和加载支撑固定，转接板41和加载铰链42固定连接，加载铰链42调整加载的方向，加载作动器443随加载铰链调整方向，加载作动器43施加载荷，测力传感器44设置在加载作动器的加载端监测加载机构的载荷大小，加载螺杆45固定在加载作动器的加载端。加载作动器43通过加载螺杆向纵向杠杆或横向杠杆传递力，纵向杠杆或横向杠杆将力传递至加载块32。加载块32向加载板传递加载力，加载板向连接板传递加载力，连接板21将加载力均匀的传递至各个加载点。

一种航天器基板静力试验方法，利用上述的一种航天器基板静力试验装置，包括：安装加载支撑后放置试验试件，试验试件放置在承力地轨上固定，试验试件与加载支撑相对的布置。在试验试件上安装连接工装，确保基板上的接口的一一对应，设置加载工装并连接加载机构；调整加载机构的加载方向，加载机构的加载作动器工作，测力传感器监测加载力的大小；分别施加轴向压力、轴向拉力、剪切力。其中载荷在施加是可以分别施加轴向载荷或剪切载荷，还可以相互配合实现联合加载。

其中试验试件为航天器的方形舱段，施加轴向载荷和剪切载荷，考核基板的结构强度。

该试验装置通过连接工装、加载工装配合可以实现对航天器安装基板的多量级轴压、轴拉和剪切载荷的施加；连接工装在接触位置设置了毛毡既可以保证试验试件的均匀受力，又避免了产品收到损伤；通过横向杠杆和纵向杠杆配合可以实现联合加载，保证了加载的一致性、准确性，同时还提高了试验效率；加载机构通过加载铰链和加载螺杆可以调整加载方向，适应不同的加载条件，提高了试验的精度。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种航天器基板静力试验装置，其特征在于，包括承力地轨、连接工装、加载工装、加载机构和加载支撑，试验试件放置在承力地轨上，承力地轨和加载支撑上分别设置有加载机构，连接工装连接在试验试件上，加载工装和连接工装相连接；所述加载工装包括加载板、加载块、横向杠杆和纵向杠杆，加载板上设置加载块，横向杠杆、纵向杠杆分别连接加载块，加载板与连接工装配合；所述加载机构与横向杠杆、纵向杠杆分别相连，加载机构包括转接板、加载铰链、加载作动器、测力传感器和加载螺杆，所述转接板、加载铰链、加载作动器、测力传感器和加载螺杆依次连接；所述连接工装包括连接板、圆垫片、毛毡和固定螺栓，连接板上设置有多个连接孔，圆垫片压紧毛毡固定在连接板上，固定螺栓配合连接孔固定连接板与试验试件的基板接口；至少2个加载机构分别安装在承力地轨和加载支撑上，安装于加载支撑上的加载机构通过加载块传递轴向加载力，安装于承力地轨上的加载机构通过加载块传递剪切加载力。

2.根据权利要求1所述的一种航天器基板静力试验装置，其特征在于，所述连接工装的连接板上连接孔位置与试验试件基板接口位置相对应，连接板与试验试件相贴合。

3.根据权利要求1所述的一种航天器基板静力试验装置，其特征在于，所述试验试件的基板上贴合有偶数个连接板，连接板上还设置有与加载板配合的装配孔。

4.根据权利要求1所述的一种航天器基板静力试验装置，其特征在于，所述横向连杆和纵向连杆分别布置在加载块的两个侧面，加载板与连接板配合连接，加载板和连接板之间设置有加载垫片。

5.根据权利要求1所述的一种航天器基板静力试验装置，其特征在于，所述加载支撑为梯形板，加载支撑竖直布置在承力地轨上，试验试件与加载支撑相对布置。

6.根据权利要求1所述的一种航天器基板静力试验装置，其特征在于，加载块向加载板传递加载力，加载板向连接板传递加载力，连接板将加载力均匀的传递至各个加载点。

7.一种航天器基板静力试验方法，利用权利要求1至6任一项所述的一种航天器基板静力试验装置，其特征在于，包括：安装加载支撑后放置试验试件，在试验试件上安装连接工装，设置加载工装并连接加载机构；调整加载机构的加载方向，加载机构的加载作动器工作，测力传感器监测加载力的大小；分别施加轴向压力、轴向拉力、剪切力。

8.根据权利要求7所述的一种航天器基板静力试验方法，其特征在于，所述试验试件为航天器的方形舱段，施加轴向载荷和剪切载荷，考核基板的结构强度。